本發(fā)明涉及石油鉆井和修井中的自動化裝置，也可以說是一種可實現(xiàn)全自動操作或由人供遙控的鐵鉆工液控伸縮臂。

背景技術(shù)：

目前，在國內(nèi)的石油鉆井和修井作業(yè)中，起下鉆過程中的鉆具連接和拆卸工作基本是由人工借助一些機械化設(shè)備(如液氣大鉗、貓頭、氣動旋扣鉗等)來完成的。這些機械化設(shè)備需要人員輔助推動，重復(fù)性高，而且勞動強度大；操作人員在井口進行操作，人員的安全也不能得到有效保證，此外鐵鉆工鉗體在移動過程中同步性較差，現(xiàn)在基本采用人工手動控制，人工效率較低且存在一定的安全隱患。

過去常用的一種方式是用安裝在鉆臺軌道上的滑車將大鉗等設(shè)備從存儲位移動到井口。這種方法的弊端是安裝在鉆臺上的軌道有時會影響鉆臺人員的行走安全性，而且一套導(dǎo)軌只能對應(yīng)一個目標位置，為了適應(yīng)多個目標位置，通常會布置多套導(dǎo)軌，這樣占用的鉆臺面積又會非常大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決人工操作存在的勞動強度大、安全性能低、人工效率低以及鐵鉆工伸縮臂在工作狀態(tài)下的不穩(wěn)定性、伸縮臂占用空間大的問題，本發(fā)明提供一種鐵鉆工液控伸縮臂。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種鐵鉆工伸縮臂，包括一個上臂5、左右兩個主力臂8、旋轉(zhuǎn)裝置12。兩個主力臂8的結(jié)構(gòu)相同，位于上臂5的兩側(cè)，兩個主力臂8與上臂5構(gòu)成三角形支承結(jié)構(gòu)，增強整體伸縮臂的支承能力，且能保證鉗體沿著工位軌跡的準確度，抗振性好，整體伸縮臂外殼采用鋼結(jié)構(gòu)件。

所述的主力臂8包括前臂6和后臂9，兩個主力臂8的前臂6中部通過銷軸連接，該銷軸中部與上臂縮油缸7通過銷軸鉸接，上臂縮油缸7與前臂6處于同一豎直面，用于控制上臂5繞著銷軸在滿足上臂縮油缸量程內(nèi)的前提下轉(zhuǎn)動；上臂縮油缸7內(nèi)部安裝位移傳感器，用于控制上臂縮油缸7前后移動。前臂6頂端與上臂5一端通過銷軸連接，前臂6底端與后臂9的頂部固定連接，后臂9底部與旋轉(zhuǎn)裝置12通過銷軸鉸接，且后臂9與對稱伸縮油缸13的一端鉸接。上臂5另一端安裝鉗體吊鉤4，用于安裝固定鐵鉆工主鉗體2，當主鉗體2處于非工作狀態(tài)時，可退回到左右兩個主力臂8之間，減少鉆井平臺1的利用空間；主力臂8兩側(cè)上端安裝兩個懸掛吊耳14，用于鐵鉆工整體懸吊移動。油管3與主鉗體2連接。對稱伸縮油缸13內(nèi)部安裝位移傳感器，用于檢測伸縮臂xz平面伸縮，檢測信號及控制鐵鉆工鉗體滿足工位要求，對稱伸縮油缸13內(nèi)部的位移傳感器及安裝方式與上臂伸縮缸7內(nèi)部位移傳感器和安裝方式相同。

所述的旋轉(zhuǎn)裝置12用于實現(xiàn)鐵鉆工伸縮臂的旋轉(zhuǎn)，包括底座17、油缸鉸接座11、后置吊鉤10、回轉(zhuǎn)支座16、回轉(zhuǎn)支承軸承、底座法蘭18。旋轉(zhuǎn)裝置12通過螺栓組安裝在鉆井平臺1上；油缸鉸接座11一端與對稱伸縮油缸13的另一端鉸接，油缸鉸接座11另一端固定在回轉(zhuǎn)支座16上，用于固定和支承；后置吊鉤10固定在回轉(zhuǎn)支座16上，用于懸掛和吊裝鐵鉆工。

所述的回轉(zhuǎn)支承軸承包括軸承內(nèi)圈20和軸承外圈19，可以在保證支承壓力的前提下，盡可能減小摩擦力的相互轉(zhuǎn)動，摩擦系數(shù)減小，磨損相對降低；底座17與回轉(zhuǎn)支座16通過多個環(huán)形陣列的螺栓連接，軸承內(nèi)圈20與底座法蘭18通過螺栓固定連接，軸承外圈19處于軸承內(nèi)圈20與回轉(zhuǎn)支座16之間，并與上方圓形端蓋通過多個螺栓固定連接，主力臂鉸接座15底端和油缸鉸接座11固定安裝在圓形端蓋上；主力臂鉸接座15頂端與主力臂通過長銷軸鉸接。

所述的上臂縮油缸7內(nèi)部的位移傳感器包括傳感器滑桿22、環(huán)形磁鐵23、螺紋法蘭24、外接插頭26、傳感器頭27；傳感器滑桿22的一端通過外螺紋與螺紋法蘭24中部內(nèi)螺紋孔連接，螺紋法蘭通過4個螺釘與傳感器頭27的一端連接，傳感器頭27的另一端通過緊固螺母25與外接插頭26連接，用于外接plc控制器；整體傳感器頭27頂部固定連接在上臂伸縮油缸7內(nèi)壁上，環(huán)形磁鐵23通過標準軸承穿過傳感器滑桿22，并在滿足傳感器檢測信號的最大位移移動下，可以在滑桿上水平移動，環(huán)形磁鐵23與液壓缸活塞桿21通過連接片固連，在液壓缸內(nèi)部同步移動，達到檢測上臂伸縮油缸7位移的目的。

鐵鉆工伸縮臂的工位控制裝置包括由上臂5、前臂6、后臂9組成的連桿機構(gòu)和內(nèi)部安裝位移傳感器的上臂伸縮油缸7和對稱伸縮油缸13共同組成，與以往的水平伸縮和豎直升降的裝置不同的是，該伸縮臂的工位控制裝置通過位移傳感器外接信號同時控制上部的上臂伸縮油缸7和底部的對稱伸縮油缸13，使上臂伸縮油缸7和對稱伸縮油缸13的液壓缸活塞桿21自動伸縮，帶動上臂5和l型的后臂9同時進行繞鉸接觸點的小角度轉(zhuǎn)動，進而使整個鐵鉆工伸縮臂能夠精確控制滿足xz豎直平面內(nèi)任意一點坐標的位置需求，達到下方主鉗體2的工位要求。

本發(fā)明的工作原理為：

本發(fā)明的回轉(zhuǎn)可由液壓馬達驅(qū)動，也可由人工手動操作轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)底座芯軸得到動力轉(zhuǎn)動，底座芯軸與軸承內(nèi)圈20通過底座法蘭18固定螺栓連接，回轉(zhuǎn)支承大軸承的內(nèi)圈20可相對于軸承外圈19轉(zhuǎn)動，進而使整體伸縮臂及主鉗體相對于底座17平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，摩擦系數(shù)減小，磨損相對降低，，進而旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)對井口水平方向的精確定位。

伸縮臂的工位控制裝置包括由上臂5、前臂6、后臂9組成的連桿機構(gòu)和改進后的內(nèi)部帶有位移傳感器的液壓缸共同組成，與以往的水平伸縮和豎直升降的裝置不同的是，該伸縮臂的工位控制裝置通過內(nèi)部傳感器外接信號同時控制上部和底部的多個液壓缸，使液壓缸活塞桿自動伸縮，帶動上臂5和l型后臂9同時進行繞鉸接觸點的小角度轉(zhuǎn)動，進而使整體伸縮臂可以精確控制滿足xz豎直平面內(nèi)任意一點坐標的位置需求，進而達到下方主鉗體2的工位要求。

伸縮臂上臂5由伸縮油缸7驅(qū)動繞鉸接點轉(zhuǎn)動，l型左右后臂8由對稱伸縮油缸13驅(qū)動同時繞鉸接座轉(zhuǎn)動，兩者通過連桿機構(gòu)共同作用達到伸縮臂的行程要求，通過伸縮位移傳感器的檢測反饋，實現(xiàn)井口xz豎直平面位置的精確定位。

本發(fā)明的有益效果為：1)本發(fā)明作為可實現(xiàn)全自動操作或由人遙控的鐵鉆工移運設(shè)備，降低了操作人員的勞動強度，提高了操作人員的安全性，同時也提高了鉆、修井的自動化程度，可以達到對井口的精確定位。2)本發(fā)明可由馬達提供回轉(zhuǎn)動力，上臂和力臂的三個伸縮油缸提供伸縮動力，只需按下啟動按鈕或由一人遙控操作即可；而伸縮臂的xz平面各個坐標運動由編碼器和伸縮位移傳感器檢測，實現(xiàn)對井口方向的精確定位。3)本發(fā)明整體伸縮臂外形呈現(xiàn)三角形分布，增強了整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有利于鐵鉆工鉗體在工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性，此外，伸縮臂的整體結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，在鉗體非工作狀態(tài)下，可退回到兩側(cè)力臂之間，大大減少了伸縮臂在鉆井平臺上的占用面積。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)左視圖；

圖3為本發(fā)明的伸縮臂半剖視圖；

圖4為本發(fā)明的伸縮油缸內(nèi)部剖視立體圖；

圖5為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)裝置剖視圖；

圖6為本發(fā)明的鐵鉆工工作工位主視圖；

圖7為本發(fā)明的鐵鉆工退回工位主視圖；

圖中：1鉆井平臺、2主鉗體、3油管、4鉗體吊鉤、5上臂、6前臂、7上臂伸縮缸、8主力臂、9后臂、10后置吊鉤、11油缸鉸接座、12旋轉(zhuǎn)裝置、13對稱伸縮油缸、14懸掛吊耳、15主力臂鉸接座、16回轉(zhuǎn)支座、17底座、18底座法蘭、19回轉(zhuǎn)支承軸承外圈、20回轉(zhuǎn)支承軸承內(nèi)圈、21液壓缸活塞桿、22傳感器滑桿、23環(huán)形磁鐵、24螺紋法蘭、25緊固螺母、26外接插頭、27傳感器頭。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。

本發(fā)明主要包括上臂5、主力臂8、旋轉(zhuǎn)裝置12、上臂伸縮油缸7、對稱伸縮油缸13、位移傳感器、工位控制裝置，其中旋轉(zhuǎn)裝置安裝在平臺1上，包括回轉(zhuǎn)支座16、回轉(zhuǎn)支承軸承、底座17、底座法蘭18，伸縮臂固定在回轉(zhuǎn)支座16上，回轉(zhuǎn)支承軸承包括軸承內(nèi)圈20和軸承外圈19，可以在保證支承壓力的前提下，盡可能減小摩擦力的相互轉(zhuǎn)動，摩擦系數(shù)減小，磨損相對降低，旋轉(zhuǎn)底座與回轉(zhuǎn)支座通過螺栓組圓周連接，軸承內(nèi)圈與底座芯軸通過螺栓組固定連接，軸承外圈處于軸承內(nèi)圈與回轉(zhuǎn)支座之間，并與上方圓形端蓋通過多個螺栓固定連接，伸縮臂的鉸接座和油缸鉸接座固定安裝在圓形端蓋上，可以在保證支承壓力的前提下，盡可能減小摩擦力的相互轉(zhuǎn)動，摩擦系數(shù)減小，磨損相對降低。

如圖1和圖2所示，該伸縮臂包括一個上臂5、左右兩個主力臂8；兩個主力臂8的結(jié)構(gòu)相同，位于上臂5的兩側(cè)，構(gòu)成三角形支承結(jié)構(gòu)，增強整體伸縮臂的支承能力，且能保證鉗體沿著工位軌跡的準確度，抗振性好，整體伸縮臂外殼采用鋼結(jié)構(gòu)件；其尾端安裝有吊耳裝置4，用于安裝鐵鉆工主鉗體2，當主鉗體2處于非工作狀態(tài)時，可退回到左右兩個主力臂8之間，減少鉆井平臺的利用空間。

主力臂8包括前臂6和后臂9，左右兩個主力臂7的前臂6中部通過銷軸連接，該銷軸中部與上臂縮油缸7通過銷軸鉸接，上臂縮油缸7與前臂6處于同一豎直面，用于控制上臂5繞著銷軸在滿足上臂縮油缸量程內(nèi)的前提下轉(zhuǎn)動，上臂縮油缸內(nèi)部安裝傳感器，用于控制上臂伸縮油缸前后移動。前臂6頂端與上臂5一端通過銷軸連接，前臂6底端與后臂9的頂部固定連接，后臂9底部與旋轉(zhuǎn)裝置12通過銷軸鉸接，且后臂9與對稱伸縮油缸13的一端鉸接。上臂5另一端的后置吊鉤10與主鉗體2連接。

如圖1和圖2所示，旋轉(zhuǎn)裝置12用于實現(xiàn)鐵鉆工伸縮臂的旋轉(zhuǎn)，包括底座17、油缸鉸接座11、后置吊鉤10，整體旋轉(zhuǎn)裝置通過螺栓組安裝在鉆井平臺1上；底座17通過回轉(zhuǎn)支承軸承和底座法蘭18安裝在平臺1上，油缸鉸接座11一端與對稱伸縮油缸13的另一端鉸接，油缸鉸接座11另一端固定在回轉(zhuǎn)支座16上，用于固定和支承，后置吊鉤10固定在回轉(zhuǎn)支座16上，用于懸掛和吊裝鐵鉆工。

如圖4所示，位移傳感器包括傳感器滑桿22、環(huán)形磁鐵23、螺紋法蘭24、外接插頭26、傳感器頭27；傳感器滑桿22的一端通過外螺紋與螺紋法蘭24中部內(nèi)螺紋孔連接，螺紋法蘭通過4個螺釘與傳感器頭27的一端連接，傳感器頭27的另一端通過緊固螺母25與外接插頭26連接，用于外接plc控制器；整體傳感器頭27頂部固定連接在液壓缸內(nèi)壁上，環(huán)形磁鐵23通過標準軸承穿過傳感器滑桿22，并在滿足傳感器檢測信號的最大位移移動下，可以在滑桿上水平移動，環(huán)形磁鐵23與液壓缸活塞桿21通過連接片固連，在液壓缸內(nèi)部同步移動，達到檢測液壓缸位移的目的。

如圖5所示，旋轉(zhuǎn)裝置12包括底座17、回轉(zhuǎn)支座16、回轉(zhuǎn)支承軸承、底座法蘭18；回轉(zhuǎn)支承軸承包括軸承內(nèi)圈20和軸承外圈19，可以在保證支承壓力的前提下，盡可能減小摩擦力的相互轉(zhuǎn)動，摩擦系數(shù)減小，磨損相對降低，底座17與回轉(zhuǎn)支座16通過多個環(huán)形陣列的螺栓連接，軸承內(nèi)圈20與底座法蘭18通過螺栓固定連接，軸承外圈19處于軸承內(nèi)圈20與回轉(zhuǎn)支座16之間，并與上方圓形端蓋通過多個螺栓固定連接，伸縮臂的鉸接座5和油缸鉸接座11固定安裝在圓形端蓋上。

如圖3所示，伸縮臂的工位控制裝置包括由上臂5、前臂6、后臂9組成的連桿機構(gòu)和改進后的內(nèi)部帶有位移傳感器的液壓缸共同組成，與以往的水平伸縮和豎直升降的裝置不同的是，該伸縮臂的工位控制裝置通過傳感器外接信號同時控制上部和底部的多個液壓缸，使液壓缸活塞桿21自動伸縮，帶動上臂5和l型后臂9同時進行繞鉸接觸點的小角度轉(zhuǎn)動，進而使整體伸縮臂可以精確控制滿足xz豎直平面內(nèi)任意一點坐標的位置需求，進而達到下方主鉗體2的工位要求。